江北
浙江省电力建设有限公司
摘要：顶管工艺是地下管道施工中一种常见的非开挖工艺，无需大量挖土和破坏路面，具有不影响交通，不破坏路面，施工速度快，精度高等优势，在道路、河床等特殊地段敷设管道等工程中广泛应用。本文浅析一起顶管连续穿越两条采用塑料排水板进行软基处理高速公路的成功案例，供同行参考。
关键词：顶管；高速公路；土压平衡；软基处理
1.项目概况
浙江省温州市某条天然气管道工程需穿越一处新建成高速公路互通的两条匝道。设计采用顶管工艺，套管规格为DRCP Ⅲ1500×2000 JC/T 640，穿越段套管长度为120m。两条匝道中心间距50m，路面宽均17m。路面下管顶覆土8m。顶管穿越处两条高速匝道软基处理方式为塑料排水板+超载预压+泡沫砼，路下埋设有大量塑料排水板处理软土路基。高速工程竣工资料显示塑料排水板宽100mm，厚5mm，深度为30m，其间距为1m，呈梅花型密集布置。地勘资料显示顶管穿越的层位主要为淤泥，全场分布，弱透水层，淤泥为软土，具有流变性和触变性特征。
2.场地布置
根据设计文件设置1座深度7m圆井作为工作井，根据周围地形地貌合理设计用地的规模、范围，并按照文明施工要求和周围环境围挡分隔。顶管施工布置如下图所示。
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3.顶管施工过程
3.1顶管选型
由于公路穿越处土质为淤泥，一般采用前端带有刀盘的泥水平衡式顶管或土压平衡式顶管。但由于本次穿越软基公路，路下埋设有大量塑料排水板。在公路工程施工中，用插板机把塑排板插入软土地基，在上部预压荷载作用下，软土地基中空隙水由塑料排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速软基固结。塑排板具有可靠的抗拉强度、抗变形刚度、化学稳定性，抗拉强度一般可达到130至150Pa。本次穿越施工无法通过技术措施来使顶管顶进路线避开塑排板。根据先前该地区顶管施工导致道路塌陷事故的经验教训，塑排板易与顶管机刀盘缠绕，顶管机刀盘无法切断韧性极佳的塑排板，强行顶进施工容易往下拉扯塑排板，连带将已压实的土体往下拉，造成上部道路塌陷，并且顶管机头抱死无法取出，从而导致顶管失败，造成重大损失。因此上述两种刀盘式顶管方式不太适用。
本案例中施工采用全断面土压平衡挤压式顶管方法（也称无切削刀盘式顶管方法），这种顶管机属于最简单的土压平衡式顶管机，但是可以很好的解决塑排板缠绕的问题。顶管头制作如下：
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图中顶管头为全钢结构，可简单描述为圆筒内嵌锥筒。其中顶进面为土壤接触面，土压平衡面起到一个阻挡流质土，使开挖面得到稳定的作用。顶管头后接纠偏装置（环状钢板搭建４个200t千斤顶），随后安装导轨，对准中心后，安放套管开始顶进。
3.2质量控制技术措施
（1）为确保顶进时套管内无渗水，套管与套管间设置密封圈，起到润湿后膨胀堵塞缝隙的作用。由于土质为淤泥土，主要采用低压水射流冲散土壤，使其形成泥浆状态，再用泥浆泵抽出，随后顶进的方式。人工掘进作为辅助。
（2）顶进过程中，套管内作业人员密切关注塑料排水板位置，发现后用刀切断并取出。
（3）套管外壁全部打蜡，当顶进第三根时，开始在套管外壁及时足量地注入润滑支承介质，填充管道外围环形空隙，以减少顶进过程中摩擦阻力。施工结束及时用水泥置换润滑泥浆。
（4）严格监测地面沉降。在穿越点两条高速匝道两侧共设置17个观测点，C1为始发井观测点，C2～C4、C15～C17为公路坡脚处沉降观测点，C5～C14为公路路面沉降观测点。另外，在穿越施工点外50m处公路路面设置1处观测点，用来观测公路自然沉降。
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3.3安全保障措施
（1）套管内施工必须确保两人轮流操作，其中1人负责观察土渣情况。发现情况时及时远离作业区域。严禁疲劳作业，及时进行轮流休息。
（2）顶管作业期间可能产生对人们身体影响不良的气体，如沼气、硫化氢等伴随顶进作业进入施工面。现场配置轴流通风机和配套塑料布通风管，每次通风时间20分钟,保证空气质量达标。
（3）夜间施工，工地确保足够的照明。
4.施工结果
经过一个月的顶管施工及两个月的工后沉降观测，最大沉降量24mm，发生在坡脚C2和C4处，匝道A、B沉降量分别为16mm，20mm，自然沉降观测点沉降14mm，肉眼观察两条高速路面无凹凸变形和裂纹产生，可以看出本次顶管施工在控制路基沉降方面效果优异，最终顺利通过高速监管单位验收。
5.结语
近年来，公路工程在加固深厚的软土地基时广泛采用排水固结法，用塑料排水板排水加速软基固结，为此大直径顶管在穿越这样的道路时必须高度重视塑料排水板的影响，不可随意选择顶管机头。本文所述的方法即使在穿越淤泥层时也可以有效控制路基沉降，避免潜在发生的路基塌陷事故，但同时也存在顶进效率偏低，人工劳动量偏大的缺陷，比较适用于长度短、直径大、工期较宽裕的顶管工程。
参考文献：
[1]《大直径人工顶管施工技术》陈克兵《建筑技术开发》2020年第15期
[2]《塑料排水板在软弱路基加固处治中的应用》武红英《中国建筑金属结构》2020年第8期